Mesurer la dépendance au champ magnétique de relaxation spin-lattice de l'hyperpolarisé [1-¹³C]pyruvate

Nous voulons estimer la perte de polarisation d’une solution hyperpolarisée pendant le transport de l’équipement hyperpolarisant au scanner IRM alors qu’il traverse différents champs magnétiques. Notre technique estime le temps de relaxation en treillis spin des solutions hyperpolarisées à de faibles champs magnétiques avec une grande précision. Cette méthode ne se limite pas à la polarisation nucléaire dynamique et peut être utilisée pour estimer le temps de relaxation en treillis d’autres méthodes de polarisation, y compris la polarisation induite par le parahydrogène.

Lors de l’exécution de cette technique, assurez-vous que l’échantillon hyperpolarisé ne traverse pas ou ne reste pas dans la région à champ zéro pendant n’importe quelle période de temps, sinon vous risquez de perdre complètement la polarisation. Préparez un millilitre de solution d’acide pyruvique enrichi en carbone-13, largement utilisée pour la recherche in vivo, composée de 15 millimoles par litre de radical triarylméthyle dissous dans de l’acide pyruvique 1-13C. Sur l’interface logicielle de polariseur nucléaire dynamique, cliquez sur le bouton Cooldown pour abaisser la température de l’insert de température variable à 1,4 kelvin.

Une fois que le DNP a atteint la température désirée, chargez 10 microlitres de la solution de stock dans une tasse d’échantillon. Ouvrez les portes de la tourelle et insérez la tasse dans le VTI à l’aide d’une baguette d’insertion spécialement conçue pour cette tâche. Extraire rapidement la baguette, et assurez-vous que la tasse est libérée.

Ensuite, fermez les portes de la tourelle et laissez la température du VTI revenir à 1,4 kelvin. Pendant ce temps, préparer le DNP à exécuter un balayage micro-ondes afin de trouver la fréquence radio optimale pour l’hyperpolarisation de la solution de stock. À la fin du balayage des micro-ondes, récupérer l’échantillon.

Ensuite, réglez le système au ralenti et enregistrez la fréquence optimale où la polarisation maximale est atteinte. Cette fréquence optimale est définie comme la fréquence de polarisation qui fournit la polarisation maximale. Cette fréquence sera utilisée pour hyperpolariser tous les aliquots obtenus à partir de cette solution spécifique de stock d’acide pyruvique.

Préparer 250 millilitres de milieu de dissolution des stocks tel que décrit dans le protocole de texte, et ajouter EDTA à une concentration de 100 milligrammes par litre pour séquestrer toute contamination par ion métallique. En outre, préparer 500 millilitres de solution de nettoyage des stocks composé de 100 milligrammes par litre EDTA dissous dans de l’eau déionisée. Environ 10 millilitres de cette solution de nettoyage sont utilisés après chaque polarisation pour nettoyer la trajectoire de dissolution du DNP.

Refroidir l’appareil DNP à 1,4 kelvin en préparation de l’hyperpolarisation d’un échantillon d’acide pyruvique de 1-13C en sélectionnant le bouton De refroidissement dans la fenêtre principale DNP. Peser 30 milligrammes de la solution préparée de bouillon d’acide pyruvique dans une tasse d’échantillon. Lorsque la température VTI souhaitée est atteinte, cliquez sur Insérer l’échantillon, sélectionnez Échantillon normal, puis cliquez sur Suivant.

Suivant les précautions de sécurité affichées sur l’écran, insérez la tasse dans l’appareil DNP froid à l’aide d’une longue baguette spécialement conçue pour cette tâche. Une fois la tasse insérée, retirez la baguette et fermez les portes DNP. Sur l’interface logicielle DNP, cliquez sur Suivant, puis Terminez.

Attendez que la température soit revenue à 1,4 kelvin, puis cliquez sur le bouton Polarize Sample. Dans la nouvelle fenêtre contextative, réglez la valeur de fréquence à celle obtenue à partir du balayage des micro-ondes. Dans la même fenêtre, réglez la puissance à 50 milliwatts et le temps d’échantillonnage à 300 secondes.

Cliquez sur Suivant, cochez la case De surveillance d’accumulation activer, puis cliquez sur Finition. Polariser jusqu’à ce que l’accumulation de la magnétisation à l’état solide atteigne au moins 95% du maximum. Lorsque la polarisation souhaitée est atteinte, cliquez sur Exécuter la dissolution.

Sous méthode, sélectionnez test d’acide pyruvique, puis cliquez sur Suivant. Suivant les instructions à l’écran, ouvrez les portes de la tourelle DNP. Chargez la chambre chauffante et pressurisante en haut de l’appareil avec environ 4,55 millilitres du milieu de dissolution.

Cela produit une concentration de 80 millimoles par litre de pyruvate lors de la dissolution à un pH de 7,75 et une température de 37 degrés Celsius. Placez la baguette de récupération dans la bonne position et fermez les portes de la tourelle. Sur l’interface logicielle DNP, cliquez sur Suivant, puis sur Finish.

À ce moment-là, les médias de dissolution seront surchauffés jusqu’à ce que la pression atteigne 10 barre. Une fois la pression de 10 barres atteinte, le pyruvate congelé et hyperpolarisé est automatiquement soulevé du bain d’hélium liquide, rapidement mélangé et décongelé avec les supports de dissolution surchauffés. Le mélange est ensuite éjecté par un tube capillaire dans un flacon en forme de poire.

Tandis que le mélange hyperpolarisé de pyruvate et de médias de dissolution est éjecté, tourbillonnez constamment le flacon pour assurer un mélange homogène. Lorsque tout le mélange a été éjecté, puisez rapidement 1,1 millilitres du liquide dans une seringue. Transférer le mélange dans un tube NMR préchauffé de 10 millilitres de diamètre et le transporter rapidement au défrisant sur le terrain.

Nettoyez immédiatement le chemin de fluide DNP à l’aide d’un milieu de dissolution propre, suivi de l’éthanol. Ensuite, retirez la tasse et soufflez le gaz d’hélium à travers le chemin fluide pour enlever les liquides de nettoyage restants et purger le chemin de l’oxygène. Nettoyez toute la verrerie.

Après chaque mesure, enregistrez le pH des échantillons du spectromètre benchtop. En outre, enregistrez le pH des échantillons sur le détendez-vous sur le terrain-cyclisme. Avant la dissolution, l’angle de retournement du défrisant doit être calculé, et le défrisant doit être installé et prêt pour la mesure de la solution hyperpolarisée.

Pour effectuer des mesures T-one, assurez-vous que la bobine de cale externe est installée et sous tension. Dans le logiciel d’instrument, sélectionnez l’onglet Main Par. Ensuite, cliquez sur la cellule à côté de l’étiquette Expérience, et faites défiler vers le bas dans la fenêtre popup pour sélectionner la séquence d’impulsions HPUB/S.

Maintenant, définissez les paramètres d’acquisition. Réglez l’atténuation des fréquences radio à 25 décibels, le T1 maximum à des valeurs comprises entre trois et cinq secondes, le temps de commutation à 0,2 seconde, recyclez le retard à zéro seconde et le champ de relaxation vers le champ de relaxation désiré dans le mégahertz. Ensuite, sélectionnez l’onglet Paramètres d’acquisition, suivi du sous-tab de base.

Cliquez sur la cellule à côté de l’étiquette Nucleus et faites défiler vers le bas dans la fenêtre popup pour sélectionner le carbone-13. Ensuite, réglez la fréquence du système à huit mégahertz, balayez la largeur à un mégahertz, la taille du bloc à 652, et filtrez la bande passante à 50 000 hertz. Ensuite, sélectionnez le sous-tab configuration.

Réglez le temps de largeur d’impulsion de 90 degrés à la valeur précédemment déterminée, le récepteur inhibe le temps à 25 microsecondes, et le délai d’acquisition à 25 microsecondes. Sélectionnez le sous-tab impulsion, et réglez l’angle principal de retournement d’impulsion RF à cinq degrés. Ensuite, sélectionnez le sous-tab nombre de dimensions et réglez le nombre de blocs à 100.

Attendez et préparez-vous à recevoir la solution hyperpolarisée pour lancer l’acquisition de données. Immédiatement avant d’insérer l’échantillon dans le défrisant, démarrez manuellement la séquence d’impulsions à partir de la console pour éviter d’insérer l’échantillon dans un champ magnétique nul. Pour cette raison, il est important d’ignorer la première désintégration d’induction libre, ou FID, au cours de l’analyse des données.

Il est important de commencer l’acquisition des données avant d’introduire l’échantillon dans le détendons-le afin d’éviter les champs magnétiques nuls qui entraîneront une perte de polarisation. Une fois l’acquisition effectuée, enregistrez les données en cliquant sur le bouton Enregistrer. À l’aide du logiciel d’analyse, intégrer l’ampleur de chaque signal FID pour produire une série de données composée de magnétisation d’échantillons en fonction du temps.

Un exemple d’un balayage à haute résolution et à pleine portée de micro-ondes pour l’acide pyruvique est montré. Pour le cas présenté, cette fréquence optimale de micro-ondes correspond à 94.128 gigahertz. Il est indiqué ici une série typique de D FID en décomposition à mesure que la magnétisation hyperpolarisée est échantillonnée.

La courbe de relaxation pour le pyruvate hyperpolarisé de 1-13C a été obtenue à partir des données du chiffre précédent. Chaque point bleu sur la courbe représente la zone sous un FID. La valeur T1 de 53,9 plus ou moins 0,6 seconde a été obtenue par un ajustement non linéaire des moins carrés de l’équation du signal aux données de la courbe de décomposition, qui comprenait les effets de l’angle de retournement utilisé pour l’excitation.

Les résultats T1 pour les 26 mesures sur une plage de 0,237 millitesla à 0,705 tesla à 37 degrés Celsius sont affichés. Chaque mesure T1 à un champ de relaxation donné est une dissolution hyperpolarisée distincte de l’appareil DNP. La ligne solide représente la formule, et les lignes pointillées représentent les bandes de confiance de 95%.

L’analyse des résultats a montré que le temps de relaxation pour le noyau C-1 est de 46,9 secondes au champ magnétique terrestre, contre 65 secondes à trois teslas, ce qui représente une diminution de 28%Il est important d’installer et d’énergiser la bobine externe de cale et de commencer l’acquisition juste avant d’insérer l’échantillon pour éviter les champs magnétiques nuls et la perte potentielle de polarisation. Suivant cette méthode, la procédure d’échantillon pourrait être employée avec le média de dissolution de stérilisé pour prolonger les temps de relaxation de spin-treillis de la solution hyperpolarisée.